PDF Basket
A primera vista, la naturaleza y los dispositivos electrónicos parecen situarse en extremos opuestos del espectro. En serio, ¿qué relación puede haber entre la naturaleza y los teléfonos inteligentes y los televisores led?
Pues la respuesta es «mucha», según un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge.
«En la naturaleza, cuando la luz solar incide sobre una hoja, se desencadena la fotosíntesis que, en la práctica, es una cascada de procesos electrónicos cuyo fin es convertir y almacenar energía —comenta Florin Auras, uno de los investigadores—. Dado que un proceso muy parecido constituye la esencia de los dispositivos modernos, podemos aprender mucho al estudiar la naturaleza».
A través del proyecto financiado con fondos europeos EXMOLS, que cuenta con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación, el equipo de la Universidad de Cambridge ha trabajado para hacer exactamente eso. «Sabemos que, en la naturaleza, el proceso de transformación de la luz en energía es muy sofisticado e involucra arquitecturas complejas formadas por decenas, cuando no cientos, de moléculas —explica Auras—. Por desgracia, todavía no podemos replicar estas arquitecturas tan amplias y electrónicamente activas en el laboratorio».
Sin embargo, esto podría cambiar pronto, gracias a los nuevos métodos y herramientas sintéticos desarrollados en el marco del proyecto EXMOLS. «Comprender qué hace tan eficaz la fotosíntesis es fundamental para crear dispositivos electrónicos con un mejor rendimiento energético —añade Auras—. Estos nuevos métodos y herramientas nos ayudarán a obtener ese conocimiento».
Inspirado en la naturaleza
El equipo del proyecto se ha inspirado en la fotosíntesis para desarrollar un método dirigido a crear estructuras electrónicas con precisión molecular. Por ejemplo, el fotosistema de una planta emplea matrices de proteínas para unir moléculas activas y convertirlas en una estructura electrónica funcional. Los investigadores de EXMOLS imitaron este proceso y desarrollaron una técnica que utiliza ADN sintético modificado para ensamblar semiconductores moleculares fotoactivos.
«Cada cadena de ADN forma una estructura de doble hélice única y bien definida con su secuencia complementaria —comenta Jeffrey Gorman, especialista en ADN del proyecto—. Nuestra técnica utiliza este mismo ensamblaje, altamente predecible, para crear estructuras más grandes y construir semiconductores en pilas bien definidas, lo que aumenta la eficiencia global».
Al poder controlar con precisión el ensamblaje de semiconductores, los investigadores pudieron construir circuitos electrónicos con varias moléculas diferentes, muchas de las cuales normalmente no se mezclarían. Esto les permite diseñar nanoarquitecturas nuevas con propiedades electrónicas predeterminadas.
Otra innovación importante del proyecto consistió en un equipo de espectroscopia láser ultrarrápida que permite observar los procesos electrónicos rapidísimos que se producen a nivel molecular.
Tal como explica Auras, con este nuevo equipo de espectroscopia láser, los investigadores pueden emplear pulsos de láser muy cortos para fotoexcitar muestras y, después, obtener imágenes de los estados electrónicos en diferentes momentos. «Esto nos permite rastrear la evolución de los estados excitados con una resolución temporal sumamente alta», apunta Auras.
Dispositivos electrónicos más eficientes
Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con su televisor?
«Los conocimientos adquiridos sobre el acoplamiento electrónico entre moléculas semiconductoras allanan el camino para crear nuevos materiales eficientes para los diodos emisores de luz, que se utilizan en muchos de nuestros dispositivos cotidianos —explica Auras—. En lo que respecta a su televisor, esto significa crear un píxel brillante de color azul intenso que pueda funcionar a una menor tensión y con menos energía».
Auras también dice que el trabajo del proyecto podría conducir a paneles solares más eficientes. «Al integrar las arquitecturas de semiconductores de EXMOLS, los paneles solares podrían convertir la luz solar en un espectro más favorable para las celdas fotovoltaicas», agrega Auras.
La investigación de EXMOLS impulsa el futuro sostenible previsto por el Pacto Verde Europeo, ya sea haciendo posible que los teléfonos inteligentes tengan un mejor rendimiento energético o respaldando la adopción de energía solar renovable.
«Aprovechar procesos naturales como la fotosíntesis nos permite, como sociedad, ser más eficientes energéticamente —concluye Auras—. Y, al ser más eficientes, podemos proteger mejor la naturaleza que nos inspiró en primer lugar; eso es sostenibilidad en acción».